「本文来源：钱江晚报」钱江晚报·小时新闻记者郑琳每年的9月16日是国际臭氧层保护日，这是从年开始就有的保护日。臭氧层对人类有什么重要作用？为什么联合国特别设立了臭氧层保护日，号召全人类保护臭氧层呢？本期我们邀请钱学森学校科学教研组的老师为我们讲一讲臭氧层与人类的关系。好比是亲兄弟关系臭氧和氧气是同素异形体同学们在中学科学课中肯定都学过一个基本知识点：氧气是生命不可或缺的物质，普通的氧气分子是由2个氧原子组成的。那么，臭氧又是什么呢？实际上，臭氧分子是3个氧原子结合成的，比氧气分子还多一个氧原子。至于为啥多了这一个氧原子后，它就变“臭”了，我们还得从它被人类发现的初期说起。人类认识臭氧是在多年前，有一位叫舒贝因的德国科学家，在做水电解实验时，闻到了一股特殊的鱼腥臭味，这种气味与闪电发生后空气中产生的气味相似。基于这个发现，在年的巴塞尔自然科学大会上，舒贝因作了一篇题为“水解过程中阳极产生气味”的报告，肯定并命名了“臭氧”。年，他正式向慕尼黑科学院提交报告，宣布发现臭氧。于是，这位德国博士就被公认为臭氧之父。又过了20多年，瑞士化学家索雷提出，臭氧是氧气的一种新形式，使得臭氧成为第一个被认定的“同素异形体”，这也就确认了氧气和臭氧之间的兄弟关系。而在自然界中，类似的同素异形体还有很多，例如碳的同素异形体有金刚石、石墨；磷的同素异形体有红磷、白磷，等等。那什么是同素异形体呢？就比方3个氧原子组成的臭氧和2个氧原子组成的氧气，就是氧元素的同素异形体。多了一个氧分子的臭氧，又有什么特性？相比普通的氧分子，臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，是自然界最强的氧化剂之一。并且，臭氧在反应之后生成的是氧气，无污染又高效，所以有很广泛的工业用途。此外，大家是否已经注意到上面说的，舒贝因发现臭氧时，是先和闪电联系在了一起。确实，在雷雨天里，空气中会自然形成微量的臭氧。而在距离地表20-35公里的大气平流层，臭氧浓度比较高，这里就是臭氧层。那么，这层包围着地球的臭氧层又是怎么形成的？这就又要提及紫外线了。臭氧层中的臭氧主要是紫外线制造出来的。太阳光中的紫外线分为长波和短波两种，当氧气受到短波紫外线照射时，氧分子会分解成氧原子，这些“走散”了的氧原子与其他氧气分子结合，就产生了臭氧。由于臭氧的密度比氧气大，于是就会逐渐向底层降落。降落过程中随着温度上升，臭氧的不稳定性就变得明显，再受到长波紫外线的照射，又会还原成普通的氧气。正是臭氧和氧气相互转换逐渐达到了动态平衡，平流层便形成了相对稳定的臭氧层。臭氧层能阻挡紫外线还加热大气并形成了平流层大家肯定都听说过，臭氧层是地球阻挡紫外线的重要一环。但上面又提及，臭氧层中的臭氧是紫外线制造出来的。这“相爱相杀”的情况，不是很矛盾吗？我们为何又要如此重视臭氧层的存在？紫外线到底会对我们产生什么影响？因为臭氧层确实可谓是地球生物的“保护罩”——它吸收了大量紫外线，保护地球上的生命免受紫外线的伤害。如果臭氧层耗减1%，地面遭受紫外线的辐射量就会增加2%。紫外线辐射增加会导致什么后果呢？比如，人类会得皮肤癌，农作物叶片会受损、产量减少，还可能杀死水中的微生物，造成某些物种的灭绝。但臭氧层并不可能完全阻挡紫外线。被称为UVB的紫外线，对皮肤杀伤性极强，在户外被UVB直晒1-2小时，皮肤就会红肿、发热、刺痛，然后形成类似烧烫伤的水泡，还会脱皮、糜烂。所以大家平时涂防晒霜，最主要就是防紫外线。而臭氧层，大约阻挡了太阳光中95%的UVB。此外，已有研究表明，长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞内的DNA改变，免疫系统机能减退，抵抗疾病的能力下降。所以，假如没有臭氧层的阻拦，生命就无法在地球上繁荣昌盛了。除了阻挡紫外线，臭氧层还加热了大气。臭氧吸收太阳光中的紫外线并将其转换为热能，由于这种作用，大气层中产生了一个特殊的“平流层”。大家知道，在贴近地表的大气对流层里，温度是随着高度上升而降低的，但是距离地表10-50公里的地方，情况却相反。正是因为臭氧的存在，使得这一层大气在50公里处反而是温度最高的。由于这种特殊的温度结构，上暖下凉，大气不对流，平流层才得以存在。我们的民航飞机都要飞到平流层飞行，才不会遭受过多的气流从而引发剧烈颠簸。而目前已知的，地球以外的星球由于不存在臭氧和氧气，所以也就不存在平流层。臭氧身板很单薄人类要保护它臭氧到底是什么味道？这种味道，大家可以在家里的消毒碗柜消毒结束后，去尝试闻一闻。为啥用臭氧消毒？因为臭氧有极强的氧化能力，在一定浓度下能与细菌、病毒、病原体等微生物产生生化反应。且它具有很高的能量，在常温、常压下很快自行分解为氧和单个氧原子，单个氧原子具有很强的活性，对细菌、病毒、病原体等微生物具有较强的氧化作用。所以例如消毒柜在消毒进行时，其中的臭氧发生装置会产生一定量的臭氧，在相对密闭的环境下，它扩散均匀、通透性好，就克服了紫外线杀菌存在的消毒死角的问题。再来看自然界中的臭氧，它在大气中虽然分布很广，还有浓度较高的“臭氧层”，但其实它们的总量并没有很多。如果按照一个标准大气压进行换算，臭氧层的厚度竟然只有3毫米。更糟糕的是，由于人类工业化的污染，臭氧层变薄了，甚至在南极上空出现了空洞。那这个臭氧空洞是如何形成的呢？原来，罪魁祸首是“氟利昂”。氟利昂是氢原子被氟原子或氯原子取代的碳氢化合物，年被开发用于制冷剂或溶剂。随着社会发展，冷藏、冷冻设备普及，氟利昂的生产、流通和使用爆炸式增长。氟利昂为什么会危害臭氧层？因为氟利昂被排放入大气后，进入平流层，它们在紫外线照射下会释放出氯原子和氟原子，这些原子又会和臭氧中的氧原子反应，从而消耗掉了臭氧。年，南极臭氧空洞被首次发现后，全世界都震惊了，迅速采取行动，28个国家签署了保护臭氧层的协议。年，个国家和欧洲联盟签署了关于消耗臭氧层物质的“蒙特利尔协定书”，逐步淘汰造成臭氧层破坏的化学品。人类的积极行动，有利于修复南极臭氧空洞，不过它的愈合过程是很漫长的。自年以来，臭氧层以每10年1-3%的速度恢复。按照这种趋势，中纬度地区和北极上空的臭氧层，有望在本世纪中叶以前恢复到年的基准水平。

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